船舶结构强度与疲劳强度的计算技术研究
船体结构疲劳寿命的评估
船体结构疲劳寿命的评估摘要：疲劳破坏对工程结构和构件有重要的影响，大量的实例证明，疲劳破坏也是船舶结构破坏的主要原因。
近年来，国内外开始发现并重视船舶结构的疲劳问题，并得到很多高质量的理论和研究成果，使得船舶安全性得到一定程度的提升。
但由于船体构造的复杂性，以及航行环境的多变性，使得船舶的疲劳计算也相当复杂。
本文主要介绍了基于 S- N曲线和 Palmgren- Miner线性累积损伤准则的疲劳累计损伤方法（简称 S- N曲线法）以及基于 Paris裂纹扩展法则的断裂力学方法（简称断裂力学法）两种宏观分析方法，并对疲劳载荷、疲劳应力、船体健康监测系统、疲劳强度评估的一般步骤做以简单介绍。
关键词：船体结构、疲劳破坏、累计损伤1 船体结构疲劳强度与疲劳寿命概述1.1船体结构疲劳强度与疲劳寿命的研究进展船舶在运行经营过程中必定会经历风浪，风浪会使船舶处于中拱、中垂交变应力的状态，这种交变载荷周期性的累加到一定程度，量变产生质变，就会造成船舶的疲劳破坏。
由于船舶无时无刻不漂泊在水中，其航行路线的气象状况、载货状态、航行速度都在不断变化，因此疲劳破坏从船舶入水的那刻起一直伴随终身，是船舶破坏的一种主要形式。
由于疲劳不会对船体造成立即破坏，而是累积到一定程度船体材料才会产生失效，因此如何提早发现，在船体材料失效前及时做出正确的评估可以有效地减少海难的发生、人员的伤亡及财产的损失。
关于疲劳理论，是在1962年由Vedeler发现并提出，但没有引起足够的重视。
70年代末Jordan和Cochran对大量船舶疲劳裂纹的实际调查结果引起了一定范围内的重视。
在此基础上 Munse等人探讨了疲劳强度的校核方法并提供了 S- N曲线，Chen等人提出了用开口角隅处测得的应变来预报疲劳寿命的方法， Clarke研究了水面舰船的疲劳破损情况， Wirsching和 Chen提出了应用基于概率论的方法进行分析，也即进行疲劳寿命的可靠性分析。
关于疲劳强度计算中两种计算公式的分析
2 m b
0. 21
n(2) - n( 1) = n- 1 m
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1) 3
b
n- 1 - nb -
2
m -…
b
式( 6) 的误差分析是正确的.
( 6)
通过以上的分析 可得出: 当动 载特性很 强, 即 m
较 小, a 较 大时, 近似式 ( 2) 与 精确式 ( 1) 的计算 结果
b
a
3. 65 > n = 3. 0
此杆按式( 1) 和式( 2) 校核都是安全的. 算例中 n( 2) - n( 1) = 0. 2. 由式 ( 6) 估 算其误差, 保
留三项近似计算
n( 2) - n(1) = n- 1 m ( n- 1 - nb) -
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1 ) 3
非 对称 循环 下, 用 G oo dman 直 线计 算构 件的 疲 劳强度时, 工作安 全系数的精 确计算公 式[1] 和近似 计 算公式[ 2] 为
n=
k
-1
a+
-1
m
( 1)
b
m
b/ nb
+
a
=1
k - 1 /n
( 2)
为 了以后讨论方便, 由精确式( 1) 和近似式( 2) 求出 的
工作 安全系 数分别 记为 n( 1) 和 n( 2) . 通 常规定 安全 系
k -1 a
( 4)
在静载情况下 a= 0, 式( 3) 退化为静力 强度计算 式 n( 1) = b/ m; 而式 ( 2) 则 化为 nb= b/ m , 此式 无意 义, 这 是由于直线 CD 与 m轴相重 合, 与 m 轴有无 数个交点而产生的.
深水钻井船结构疲劳强度分析
Ｆａ ｉ ｕ ｔ ｅ ｇ ｈ Ａｓ ｅ ｓ ｅ ｔ ｆ ｅ ｗａ ｅ ｉ ｉ ｇ Ｓ ｉ ｔｇ ｅＳ ｒ ｎ ｔ ｓ ｓｍ ｎ ｐ ｔ ｒＤｒｌ ｎ ｈ ｐ ｏ Ｄｅ ｌ
Ｌ ｉＭｉ ｇ ａ ａ ｎ ｙ ｎ
（ｈ ｎ ｈ ｉ ｒｈ ｎ ｈｐＤ ｓ ｎａ ｄＲ ｓａｃ ｓｔｔ， ｈｎ ，０ ０ ２ Ｓ ａｇ ａ Ｍｅｃ ａ ｔ ｉ ｅｉ ｎ ｅｅｒｈＩ ｔｕｅ Ｃ ｉａ ２ ０ ３ ） Ｓ ｇ ｎｉ
１ 深 水 钻 井 船 的 主 尺 度 和 船 体 结 构
特 征
深水钻井 船 的主要 数据 ： 长 １ ９ 垂线 间长 船 ４ ．ｍ， ５
１６８ 型 宽 ２ ， 型 深 ｌ． ｍ， 计 吃水 ７５ ３ ．ｍ， ９５ ７ ｍ， ２ 设 ３ ．ｍ，
行疲 劳强 度校 核 和疲劳 寿命 评估 。
由于钻 井船 是 一 种 特殊 的浮 式结 构 ． 于其 结 关
构 的疲劳 强度 校核 ， 常规 规 范 中少 有 涉及 ， 多 方面 很
方 型 系数 ０６ ２ ．１ 。深水 钻井 船采用 的是 双层 底 ， 艏艉 和机舱 采 取 横骨 架 式 ； 部 、 甲板 、 甲板及 上 部 底 上 主 舷 侧 采用 纵 骨架 式 ； 舷侧 采 用 横骨 架 式 。 为 了增 下
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｅ ｗａｅ ｒｌｎ ｈｐ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔｓ ｅ ｔ ｍ ｎ ｙ ｉ；ａｉ ｅａ ｓｓｍｅ ｔ ｙ ｒ ｓ Ｄｅ ｐ ｔｒ ｉ ｌ ｇｓ ｉ； ｎｔ ｅｅ ｎ； ｐ ｃｒ ａ ａ ｓ ｆｔ ｄ ｉ ｉ ｅ ｕ ｌ ｓ ｕ ｇ ｓｅｓ ｎ
Ｕ 刖 罱
船为母 型船 。 依据 Ａ Ｓ船级 社 的离岸 结构 物 疲 劳分 Ｂ
Ａｂ ｔａ ｔＴ ｉ ｐ ｐ ｒ ｉ ｏ ｅｅ ｒｈ ａ ｏ ｔ ｅ ｐ ｔｒｄ ｌ ｎ ｈｐ， ｓｎ ｅｓ ｅ ｔ ｌ ｂ ｓ ｄｆｔ ｕ ｓｅ ｓ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ａ ｅ ｄｓ ｍｅｒ ｓａｃ ｂ ｕ ｅ ｗａｅ ｒ ｌ ｇｓ ｉ ｕ ｉｇｔ ｐ ｃｒ — ａｅ ｉ ｅａｓ ｓｍｅ ｔ ｄ ｄ ｉ ｉ ｈ ａ ａｇ
FPSO的船舶疲劳与结构寿命评估研究
FPSO的船舶疲劳与结构寿命评估研究FPSO（浮式生产储油船）是一种能够在海上进行石油生产、储存和卸载的特种船舶。
由于海上环境的复杂性和工作特点，FPSO的结构需要经受长期而严酷的海洋环境的考验。
因此，对FPSO的船舶疲劳与结构寿命进行评估研究，具有重要的意义。
船舶疲劳和结构寿命是指船舶在服役过程中，由于受到多种外力的作用（如波浪、风浪等）而引起的结构变形和应力集中，从而导致结构的疲劳损伤和寿命缩短的问题。
针对FPSO这种大型特种船舶，船体结构的疲劳与寿命问题尤为重要。
首先，了解FPSO的工作环境对船体结构的影响是进行疲劳与寿命评估的基础。
FPSO通常需要在恶劣海况下工作，受到波浪、风浪和冰等外力的作用。
这些外力会对船体结构产生较大的动态载荷和冲击载荷，进而引起船体结构的变形和应力集中。
因此，在评估疲劳和结构寿命时，首先需要研究FPSO的工作环境，包括气候、海况等因素，并通过实测数据和数学模型进行分析和计算，为后续的疲劳评估提供基础数据和依据。
其次，对FPSO的船体结构进行材料研究和强度分析是评估疲劳和结构寿命的关键步骤。
船体结构的疲劳和寿命问题主要源于结构的应力和应变，而材料的强度和韧性是影响疲劳性能的重要因素。
因此，需要对FPSO的船体结构材料进行详细的研究和分析，包括材料的组成、性能、力学性能等方面。
同时，还需要进行结构的有限元分析，以评估船体结构在不同载荷作用下的强度和刚度情况，确定结构的应力和应变分布，为后续的疲劳评估提供依据。
接下来，进行疲劳分析和结构寿命评估是对FPSO船体结构进行全面评估的关键一步。
疲劳分析可以通过使用现代的工程软件和数学模型，对船体结构在不同工况下的疲劳响应进行模拟和计算。
这需要考虑到结构的载荷频谱和幅值，以及结构的疲劳寿命和裂纹扩展速率等参数。
同时，还需要采用合适的疲劳评估方法和标准，对船体结构的寿命进行预测和评估，以确定结构设计是否符合要求，并提出相应的改进措施。
工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用
工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用船舶作为一种特殊的交通工具，其结构设计和强度分析是非常重要的。
工程力学作为一门研究物体受力和变形规律的学科，在船舶结构设计与强度分析中起着重要的作用。
本文将从材料力学、结构力学和疲劳强度分析三个方面来探讨工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用。
首先，材料力学是船舶结构设计的基础。
船舶结构材料通常是钢铁、铝合金等，这些材料的力学性能对船舶的结构设计和强度分析至关重要。
工程力学中的静力学和材料力学原理可以帮助工程师计算和预测船舶结构材料的受力和变形情况。
例如，通过应力分析可以确定船舶结构材料的最大承载能力，从而保证船舶在运行中的安全性。
其次，结构力学在船舶结构设计中起着重要的作用。
船舶结构设计需要考虑到船体的整体刚度和稳定性。
结构力学可以帮助工程师分析船体的受力情况，并确定合理的结构设计方案。
例如，通过弹性力学原理可以计算船体在不同荷载条件下的变形情况，从而确定船体的结构强度。
此外，结构力学还可以帮助工程师优化船体的设计，提高船舶的性能和航行效率。
最后，疲劳强度分析是船舶结构设计与强度分析中的重要环节。
船舶在航行中会受到复杂的波浪荷载和振动荷载，这些荷载会导致船体结构的疲劳破坏。
疲劳强度分析可以帮助工程师评估船体结构的寿命和安全性。
工程力学中的疲劳力学原理可以用于计算船体结构在不同工况下的疲劳寿命，从而指导船舶结构的设计和维护。
综上所述，工程力学在船舶结构设计与强度分析中发挥着重要的作用。
通过应用工程力学的原理和方法，可以帮助工程师预测和分析船舶结构材料的受力和变形情况，确定合理的结构设计方案，评估船体结构的疲劳寿命。
这些应用不仅可以提高船舶的安全性和航行效率，还可以降低船舶的维护成本和环境影响。
因此，工程力学在船舶结构设计与强度分析中的应用具有重要的意义。
船舶结构性能评估与疲劳强度预测
船舶结构性能评估与疲劳强度预测船舶是人类用于水中运输的重要工具，其结构性能和疲劳强度的评估对船舶的安全运营至关重要。
本文将探讨船舶结构性能评估的意义以及疲劳强度预测的方法。
首先，船舶结构性能评估的目的是为了确保船体结构的合理性和稳定性。
船舶结构性能评估是通过对船舶结构的设计、制造及使用过程中的技术标准和规范进行评估来达到这一目的。
船舶结构性能评估主要包括强度、刚度、稳性、振动、疲劳等多个方面。
其中，强度是指船舶结构在内外载荷作用下的抵抗能力，刚度是指船舶结构在保持形态稳定的能力，稳性是指船舶在水中运行时保持平衡的能力，振动是指船舶结构在波浪条件下的振动情况，疲劳是指船舶结构在长时间载荷作用下的疲劳破坏。
船舶的疲劳强度预测是评估船体结构在长期使用中的疲劳破坏情况。
长时间的航行和海上作业将给船舶结构带来复杂的载荷历程，这些载荷会导致船体结构的疲劳损伤。
因此，船舶的疲劳强度预测是船舶结构性能评估的重要组成部分。
在船舶结构性能评估的过程中，常用的方法包括理论分析和实验验证。
理论分析是通过数学模型和计算方法进行的，可以预测船舶结构在不同条件下的性能指标。
理论分析通常包括强度和刚度计算、稳性计算、振动计算和疲劳寿命计算等。
而实验验证则是通过实际的试验和监测来获取船舶结构性能的数据，验证理论分析的准确性和可靠性。
对于船舶疲劳强度预测，目前主要采用的方法是基于应力历程的疲劳寿命预测方法。
这种方法是通过对船舶结构在实际载荷条件下的应力历程进行测量和分析，然后利用疲劳寿命曲线进行预测。
疲劳寿命曲线是通过实验和统计分析得到的，可以预测结构在不同应力水平下的疲劳寿命。
此外，还可以采用有限元分析方法，在计算机上建立船舶结构的有限元模型，模拟不同工况下的应力和变形情况，进而预测船舶的疲劳强度。
为了确保船舶结构性能评估和疲劳强度预测的准确性和可靠性，需要考虑以下几个因素。
首先，需要充分了解船舶的设计和制造标准，掌握结构性能评估和疲劳强度预测的相关理论和方法。
论船体结构疲劳强度的检验
论船体结构疲劳强度的检验摘要：船体结构局部因磨损、腐蚀、脱焊、裂纹等缺陷，导致疲劳强度不足，引发重大事故。
为此从保障航运生产安全的实际要求出发，对船体疲劳强度校核的意义、校核的部位及实用的校核方法给出了详细的说明，并结合计算软件的开发介绍了进行船体疲劳强度校核的计算流程。
关键词：船体结构；疲劳强度；检验方法中图分类号：u661.431. 疲劳破坏和疲劳强度材料在交变载荷的作用下发生破损断裂，称为材料的疲劳破坏。
材料抵抗这种破坏的能力称为疲劳强度。
试验表明，钢材在循环弯曲下的疲劳极限约为单调载荷极限40%，这足以说明疲劳强度对处于不断循环弯曲和扭转中的船体结构的致关重要性。
疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一，特别是对于大型船舶和使用高强度钢的船舶，问题尤为突出。
在海洋上航行的船舶长期处在较为严重的腐蚀环境中，腐蚀严重削弱了船体结构的疲劳强度。
日本船级社所做的调查指出，舷侧外板产生的裂纹，有一半以上是在严重腐蚀的舱内肋骨处发生的。
加强对营运数年船舶的结构检测，并根据检测的数据进行疲劳强度检验和安全性评估，是当前各国非常重视和关注的问题。
这项船舶安检工作首先应在一些重要的船舶上实施，如油船、散货船、集装箱船等。
2.疲劳强度检验部位的选择船体疲劳强度检验部位的选择，应包括两个方面：第一是船体承受疲劳载荷比较大的部位，因而是疲劳损伤比较严重的地方；第二是腐蚀比较严重的部位，因而也是应力集中的地方，常出现裂纹源和开裂。
由于波浪弯矩和波浪扭矩的最大值通常发生在船中附近，船舶中部货舱区域是发生疲劳损伤最严重的地方之一，所以首先要求对船中货舱区域的结构进行疲劳强度检验。
对油船而言，在船体结构检测时，应注意选择甲板纵骨和船底纵骨与强横向框架和横舱壁的连接部位，以及在吃水线附近1.1d～0.3d范围内的纵骨。
对散货船而言，应选择货舱内主肋骨与顶边舱和底边舱连接的两端肘板，以及甲板纵骨和船底纵骨与横向强框架和横舱壁的连接部位！对集装箱船，除了应选择甲板纵骨、舷侧纵骨和船底纵骨与强横向框架和横舱壁的连接部位，还应选择货舱大开口两端处的舱口角隅。
超大型集装箱船纵骨屈服强度和疲劳强度的计算与分析
［ 关键词 ］ 超大型集装箱船 ； 屈 服强 度 ； 疲劳强度 ； Ｓ — Ｎ 曲 线 法 ［ 中 图分 类 号 ］ Ｕ ６ ７ ４ ． １ ３ １ ［ 文 献 标 志 码 ］Ａ ［ 文 章 编 号 ］１ ０ ０ １ — ９ ８ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ３ ３ — ０ ７
级社 （ Ｇ Ｌ ） 和法 国船 级社 （ Ｂ Ｖ） 的船 体结 构规 范 ， 对 超
本 文 基 于梁 系理 论 和 Ｓ 一 Ⅳ 曲线法 ， 根 据 德 国船
０ 引 言
超 大型集 装 箱船是 世 界上设 计 技术 难度 较 高的
货 船之 一 。由于 主 尺度 较 大 ， 且 货 舱 开 口长 度 和 货
舱 总长 之 比 、 货 舱开 口宽 度与 船宽 之 比均较 大 ． 对 设
ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｔ ｕ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ａ ｖ ｅ ｙ ｒ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ ｖ ｅ ｓ ｓ ｅ ｌ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ｕ ｌ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｓ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ
超大型集装箱船主尺度较大货舱开口长度和货舱总长之比货舱开口宽度与船宽之比均较大船体的整体刚度较弱且普遍采用双层底双壳和抗扭箱形式使得扭转对船体舭部和甲板的影响更加重要对甲板和舭部屈服强度和疲劳强度要求也更高
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船舶结构强度与疲劳强度的计算技术研究
船舶结构的强度与疲劳强度一直是船舶设计与建造领域的重点研究方向之一。
随着船舶尺寸不断增大、载重量不断增加、作业环境不断恶化，船舶在航行中所受到的振动载荷和外部环境的复杂作用也在增加，船舶结构的强度与疲劳强度分析就显得更加重要。
本文将对船舶结构强度与疲劳强度的计算技术进行研究，探讨其在船舶设计与建造中的应用。
一、船舶结构强度计算技术研究
船舶结构强度计算技术是指根据船舶结构的设计要求和工作条件，对船舶结构进行强度分析和计算，并确保船舶结构在各种加载条件下均能满足安全使用要求的技术方法。
船舶结构强度计算技术主要包括静态强度计算和动态强度计算两部分。
1.1 静态强度计算
静态强度计算是指在船舶静止状态下，根据船舶的结构特点和受力情况，采用理论分析、有限元分析等方法，计算船舶结构在各种静态工况下的受力和变形情况，从而确定船舶结构的受力状态和强度等级。
静态强度计算主要包括船体强度、船舶上层建筑强度、船舶底部结构强度等方面。
静态强度计算的关键是确定船舶的受力状态和受力分布，采用合适的受力模型和数值模拟方法进行计算分析。
2.1 疲劳载荷分析
疲劳载荷分析是指根据船舶的航行和作业工况，对船舶受到的振动载荷和外部环境的作用进行分析和计算，确定船舶结构在不同工况下的疲劳载荷和疲劳循环数。
疲劳载荷分析的关键是确定船舶在不同工况下的振动载荷和外部环境作用，采用合适的振动模型和数值模拟方法进行计算分析。
2.3 疲劳强度评估
疲劳强度评估是指根据疲劳寿命预测结果，对船舶结构的疲劳强度进行评估和计算，确定船舶结构在使用寿命内的疲劳安全性。
疲劳强度评估的关键是根据船舶结构在不同工况下的疲劳载荷和疲劳寿命预测结果，采用合适的评估方法和标准进行计算分析。
三、船舶结构强度与疲劳强度计算技术的应用
船舶结构强度与疲劳强度计算技术在船舶设计与建造中具有重要的应用价值。
它可以确保船舶结构在静态和动态工况下的受力和振动情况符合设计要求，保证船舶结构的安全性和稳定性。
它可以评估船舶结构在航行和作业中的疲劳寿命和疲劳安全性，指导船舶的使用和维护。
它可以为船舶结构的优化设计和改进提供依据，提高船舶的运输效率和经济性。